Effectenstudie Onderwerp: WKO woontoren HAUT te Amsterdam Datum: 1-2-2017 Referentie: 16BB128
Inhoudsopgave Effectenstudie...1 Inhoudsopgave...2 1. Inleiding...3 1.1. Aanleiding...3 1.2. Leeswijzer...3 2. De effecten...4 2.1. Inleiding...4 2.2. Hydrologische effecten...4 2.3. Hydrothermische effecten...4 2.4. Zettingseffecten...4 3. De warmte- en koudeopslag (de WKO)...5 3.1. Inleiding...5 3.2. Systeemeigenschappen...5 3.3. De werking...6 3.4. Milieuvoordelen...6 4. Locatiekenmerken...7 4.1. Bodemopbouw...7 4.2. Overzichtstabel locatiekenmerken...8 4.3. Grondwatergebruikers...8 4.4. Metrotunnel en spoorlijn...9 Bijlage 1: Geohydrologische effecten... 11 Bijlage 2: Hydrothermische effecten... 14 Bijlage 3: Zettingen... 18 2
1. Inleiding 1.1. Aanleiding In Amsterdam wordt het appartementengebouw HAUT gerealiseerd. Met 73 meter moet het de hoogste houten woontoren van Nederland worden. Het houten gebouw krijgt het label BREEAM Outstanding, de hoogst mogelijke duurzaamheidsscore. De klimatisering van het gebouw is een belangrijk onderdeel van deze duurzaamheidsdoelstelling. Het plan is de klimaatinstallatie te koppelen aan een warmte- koudeopslagsysteem (WKO). Voor het exploiteren van de WKO is een vergunning benodigd in het kader van de Waterwet. Voor u ligt de effectenstudie. Deze effectenstudie dient als bijlage van de vergunningaanvraag in het kader van de Waterwet. In deze studie worden de effecten van de WKO op de omgeving gekwantificeerd. 1.2. Leeswijzer In hoofdstuk 2 worden de berekende effecten en de invloed op derden beschreven. In hoofdstuk 3 worden de eigenschappen van de WKO verwoord. Gevolgd door hoofdstuk 4, waarin de locatiekenmerken worden neergezet. In de bijlagen zijn de effectberekeningen opgenomen. 3
2. De effecten 2.1. Inleiding Er zijn verschillende berekeningen uitgevoerd om de effecten van de WKO (monobron) inzichtelijk te maken. De effecten zijn in drie categorieën te onderscheiden. De hydrologische effecten, de hydrothermische effecten en de zettingseffecten. De hydrologische effecten beschrijven de kwantitatieve gevolgen van de WKO op het grondwater (grondwaterstroming, grondwaterstanden en stijghoogtes). De hydrothermische effecten beschrijven de effecten op de temperatuur van het grondwater en de bodem. De zettingsberekeningen beschrijven de effecten op het zetten van de bodem. In onderstaande paragrafen zijn de resultaten van de effectberekeningen beschreven. 2.2. Hydrologische effecten De maximaal stijghoogteverandering bedraagt 1,5 m. De effecten op de grondwaterstand en op de stijghoogte in het 1 e watervoerende pakket zijn kleiner dan 0,05 m. Het maximaal berekende hydrologische invloedgebied reikt tot 65 m van de monobron. De berekeningsresultaten van de hydrologische effecten zijn weergegeven in bijlage 1. Gevolgen voor de omgeving: - Derden worden niet negatief beïnvloed door de hydrologische effecten van de WKO. 2.3. Hydrothermische effecten Het berekende hydrothermische invloedgebied reikt tot 75 m van de monobron. De berekeningen van de hydrothermische effecten zijn weergegeven in bijlage 2. Gevolgen voor de omgeving: - Derden worden niet negatief thermisch beïnvloed door de WKO; - Gezien de beperkte temperatuurverschillen bij de toepassing van de WKO heeft deze geen significant effect op de chemische en microbiologische samenstelling van het grondwater. 2.4. Zettingseffecten Ten gevolge van de toepassing van de WKO is een eindzetting van 2 mm berekend. Ter hoogte van de metrotunnel en de spoorlijn is de berekende zetting <1mm. De onderbouwing van de zettingseffecten is weergegeven in bijlage 3. Gevolgen voor de omgeving: - Derden (inclusief de metrotunnel en de spoorlijn) worden niet negatief beïnvloed door de zettingseffecten van de WKO. 4
3. De warmte- en koudeopslag (de WKO) 3.1. Inleiding De Woontoren HAUT heeft een bepaalde energiebehoefte. Op basis van deze behoefte en de locatiekenmerken (zie hoofdstuk 4) is de WKO ontworpen. De systeemeigenschappen van de ontworpen WKO, alsmede de milieuvoordelen die de WKO oplevert zijn weergegeven in dit hoofdstuk. 3.2. Systeemeigenschappen Op basis van de energievraag zijn de energetische uitgangspunten van de WKO bepaald. In tabel 1 zijn de energetische uitgangspunten weergegeven. De WKO bestaat uit een monobron met een warme bronfilter (relatief diep gesteld) en een koud bronfilter (relatief ondiep gesteld). In figuur 1 is de projectlocatie weergegeven op de topografische kaart. In tabel 2 zijn de eigenschappen van de monobron beschreven. Tabel 1: energetische-uitgangspunten Eenheid Koude leveren Warmte leveren Maximale waterverplaatsing [m³/jaar] 60.000 60.000 Gemiddelde waterverplaatsing [m³/jaar] 40.000 40.000 Maximale spuihoeveelheid [m³/jaar] 600* Maximale spuihoeveelheid ontwikkelen bronnen** [m³] 3.000* Maximaal debiet [m³/uur] 30 30 Gemiddelde infiltratie temperatuur [ C] 16 7 Min. en max. infiltratietemperatuur [ C] 25 5 Energiehoeveelheid [MWh/seizoen] 191 191 * gespuid op het riool/oppervlaktewater of retour bodem (later keuzes maken en formaliseren) ** eenmalige actie Tabel 2: bron-eigenschappen Eenheid Monobron Filterlengte [m] 15 (per filter) Filtertraject [m-mv] 65-200 x-coördinaat [m] 123.058 y-coördinaat [m] 483.784 De verticale afstand tussen beide bronfilters bedraagt minimaal 25 meter. 5
Figuur 1: de projectlocatie 3.3. De werking Als het gebouw een koudevraag heeft, wordt grondwater uit het koude bronfilter van de monobron opgepompt. Via een warmtewisselaar wordt de koude overgedragen aan de klimaatinstallatie in het gebouw. Hierbij warmt het opgepompte grondwater op. Het relatief warme grondwater wordt vervolgens geïnfiltreerd in het warme filter van de monobron. Als het gebouw warmtevraag heeft, wordt grondwater uit het warme bronfilter van de monobron opgepompt. Via een warmtewisselaar wordt de warmte overgedragen aan de warmtepomp. De warmtepomp voorziet het gebouw van warmte. Hierbij koelt het grondwater af. Het relatief koude grondwater wordt vervolgens geïnfiltreerd in het koude filter van de monobron. Op deze wijze vindt opslag van zomerwarmte en winterkoude plaats om te gebruiken in het andere seizoen. 3.4. Milieuvoordelen Door het toepassen van het bodemenergiesysteem kan jaarlijks circa 40 ton CO 2 uitstoot worden vermeden. De berekening van de SPF is weergegeven in een separate SPF verklaring. Dit als bijlage is toegevoegd aan de vergunningaanvraag. 6
4. Locatiekenmerken Elke locatie heeft zijn unieke kenmerken. De bodem en het grondwater hebben hun eigen specifieke eigenschappen. Bovendien kunnen verschillende belanghebbenden in de omgeving van de locatie aanwezig zijn. In dit hoofdstuk worden de kenmerken van de locatie beschreven. 4.1. Bodemopbouw De bodemopbouw in de directe omgeving van de locatie is beschreven op basis van de volgende gegevens: Regionaal Geohydrologisch Informatie Systeem (REGIS); Boorbeschrijvingen uit het archief van TNO Bouw en Ondergrond uit DINOLoket; In tabel 3 is de bodemopbouw geschematiseerd. Tabel 3: gehanteerde bodemopbouw diepte lithologie geohydrologische benaming doorlatendheid of weerstand 0-20 zand, klei en leem deklaag 100 m²/d en 700 d 20-30 matig fijn tot matig grof zand 1 e watervoerende pakket 150 m²/d 30-60 klei en leem 1 e scheidende laag 3.500 d 60-225 overwegend grof zand met bovenin fijner zand en kleilaagjes 2 e /3 e watervoerende pakket 4.950 m²/d 7
4.2. Overzichtstabel locatiekenmerken In tabel 4 zijn de locatiekenmerken gekwantificeerd inclusief bronvermelding. Tabel 4a: overige kenmerken kenmerk eenheid status grondwaterstroming watervoerende pakket (snelheid) a [m/jaar] 5 grondwaterstroming opslagpakket (richting) a [-] ZW grondwatertemperatuur (opslagpakket) b [ C] 12 grondwaterstand c [m-nap] - 1,5 (+/- 0,2 m) stijghoogte watervoerend pakket c [m-nap] - 3,0 (+/- 0,2 m) zoet-/brakgrensvlak (chloride 150 mg/l) d [m-mv] circa 40 diepe verontreinigingen >30 m-mv e < 500 m niet bekend grondwatergebruikers < 500 m aanwezig (zie 4.3) archeologie f < 500 m mogelijk aanwezig landbouw g < 500 m niet aanwezig vogel- en habitatrichtlijngebieden en natuurbeschermingsgebieden g < 500 m niet aanwezig spoorlijnen h < 500 m aanwezig (zie 4.4) maaiveld i [m-nap] 0,5 a bron: Isohypsen Regis b bron: P. Stolk - Analyse van temperatuurmetingen in de Nederlandse ondergrond (2000) c bron: peilbuis F05277A, isohypsen Regis d bron: Regis/grondwaterkaart e bron: bodemloket f bron: website gemeente Amsterdam g bron: PDOK h bron: topografische kaart + metrokaart Amsterdam i bron: AHN 4.3. Grondwatergebruikers In een straal van 500 m zijn andere bodemenergiesystemen aanwezig (zie tabel 4b) en figuur 2. Tabel 4b: grondwatergebruikers naam afstand en richting type onttrekking Kantoor Waternet 160 m ZW doublet Flatiron 180 m O doublet Solitudolaan 7 (nieuwbouw) 215 m O gesloten bodemenergiesysteem Amstelkwartier 240 m ZO monobron H.J.E. Wenckebachweg (nieuwbouw) 385 m O gesloten bodemenergiesysteem 8
Figuur 2: de bronlocatie van HAUT en de bronlocaties van de omliggende systemen (zie tabel 4b): rood: gesloten bodemenergiesystemen blauw: open bodemenergiesystemen 4.4. Metrotunnel en spoorlijn Op een afstand van 100 m ten oosten van de projectlocatie lopen de metrotunnel van Lijn 53 en de spoorlijn Amsterdam-Utrecht. 9
Bijlagen 10
Bijlage 1: Geohydrologische effecten Om de hydrologische effecten van de energieopslag te kunnen berekenen, is gebruik gemaakt van het softwarepakket MLU. Meer informatie over MLU is te vinden op www.microfem.com. Schematisatie De modelschematisatie is gebaseerd op de geohydrologische bodemopbouw in tabel 3. De bovenkant van de hydrologische basis is de gesloten onderkant van het model. Uitgangspunt is dat de bodemopbouw geldt voor het totale gemodelleerde gebied. Het doorlaatvermogen van het 2 e 3 e watervoerende pakket is evenredig verdeeld over de diepte van het pakket. In tabel 5 is de modelschematisatie weergegeven. Tabel 5: modelschematisatie Diepte Toelichting Doorlaatvermogen [m-mv] [m²/d] Weerstand [d] 2 Gesloten bovenrand - - 2-5 Watervoerende deel deklaag (grondwaterstand) 100-5 - 20 Weerstand deklaag - 800 20-30 1 e watervoerende pakket 180-30 - 60 1 e scheidende laag - 4.000 60-65 2 e 3 e watervoerende pakket (boven filters) 150-65 Fictieve scheidende laag - 2 65-80 2 e 3 e watervoerende pakket (koude filtertraject) 450-80 Fictieve scheidende laag - 3 80-105 2 e 3 e watervoerende pakket (tussen filters) 750-105 Fictieve scheidende laag - 3 105-120 2 e 3 e watervoerende pakket (warme filtertraject) 450-120 Fictieve scheidende laag - 8 120-200 2 e 3 e watervoerende pakket (onder filter) 3.150 De berekeningen zijn stationair uitgevoerd. Dat wil zeggen dat in het model continu met maximaal debiet wordt onttrokken en geïnfiltreerd (30 m³/uur). Voor de anisotropie in het 2 e 3 e watervoerende pakket is 5 aangehouden. Deze anisotropie (de verhouding tussen de horizontale en de verticale doorlatendheid) is het gevolg van de afwisseling van grovere en minder grove zandlagen. De anisotropie is verdisconteerd in de weerstand van de fictieve scheidende lagen in het model. De bronfilters zijn in het model zo hoog mogelijk in het 2 e 3 e watervoerende pakket gepositioneerd. Hierdoor zijn de effecten naar maaiveld worst-case. 11
Berekeningsresultaten De berekeningen zijn uitgevoerd om inzicht te krijgen in de veranderingen van de grondwaterstand en de stijghoogten in de watervoerende pakketten ten gevolge van het grondwatersysteem. Tevens is bepaald tot welke afstand in de omgeving van het grondwatersysteem de grondwaterstand- en stijghoogteveranderingen merkbaar zijn. Dit is het invloedsgebied, dat wordt gedefinieerd als het gebied waar de berekende veranderingen groter zijn dan 0,05 m. De resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in figuur 3 en tabel 6. Tabel 6: hydrologische effecten Maximale verandering Maximaal invloedsgebied Grondwaterstand <0,05 m - 1 e watervoerende pakket <0,05 m - 2 e 3 e watervoerende pakket 1,5 m 65 m Figuur 3: het maximale hydrologische invloedsgebied in het 2 e 3 e watervoerende pakket. Conclusie Gezien de ligging aan de bovenkant van de 1 e scheidende laag, wordt het zoet-/brakgrensvlak niet negatief beïnvloed. Binnen het berekende invloedsgebied zijn geen grondwatergebruikers of andere belanghebbenden aanwezig, van negatieve hydrologische invloed is geen sprake. 12
Gezien de grondwaterstand en de stijghoogte in het 1 e watervoerende pakket niet wordt beïnvloed door de WKO, wordt eventueel aanwezige archeologie en de aanwezige spoorlijn en metrotunnel niet beïnvloed door het toepassen van de beoogde WKO. Van negatieve hydrologische effecten is geen sprake. Gecombineerde effecten Ter illustratie zijn de gecombineerde hydrologische effecten van HAUT, Flatiron, Waternet en Amstelkwartier berekend. De WKO-systemen beïnvloeden elkaar onderling niet (<0,05 m). De invloed op de stijghoogte in het 1 e watervoerende pakket en op de grondwaterstand van de WKO-systemen gezamenlijk is nihil (<0,05 m). Omdat de grondwaterstand en de stijghoogte in het 1 e watervoerende pakket niet wordt beïnvloed door de WKO-systemen gezamenlijk, wordt eventueel aanwezige archeologie en de aanwezige spoorlijn en metrotunnel niet beïnvloed. Van negatieve hydrologische effecten is geen sprake. De resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in figuur 4. Figuur 4: de gezamenlijke hydrologische effecten van de WKO-systemen HAUT, Flatiron, Waternet en Amstelkwartier in het 2 e 3 e watervoerende pakket. 13
Bijlage 2: Hydrothermische effecten Om de hydrothermische berekeningen uit te voeren is gebruik gemaakt van HSTwin. Met dit programma kan warmtetransport worden berekend in een verzadigd grondwatersysteem. Omdat de onttrekking en de infiltratie van de monobron op verschillende dieptes plaatsvindt en er voldoende afstand aanwezig is tussen de filters, is ervoor gekozen per filterlaag een 2D model door te rekenen. Schematisatie De modelparameters zijn weergegeven in tabel 7. Tabel 7: modelschematisatie Laagnaam Dikte [m] Doorlatendheid [m/d] Verhang [m/km] Warmtegeleiding [W/(mK)] Geleidende toplaag - - - 2,1 2,5 Opslagpakket 15 30 0,2 2,4 2,5 Geleidende onderlaag - - - 2,1 2,5 Warmtecapaciteit [MJ/(m³K)] In tabel 8 is het onttrekkings- en infiltratiepatroon weergegeven die in het model is opgenomen. Tabel 8: onttrekkings- en infiltratiepatroon Waterverplaatsing [m³/seizoen] Infiltratietemperatuur [ C] Winter (warmte leveren) 60.000 7 Lente - - Zomer (koude leveren) 60.000 16 Herfst - - Resultaten van de thermische berekeningen De thermische bel is het gebied rondom de bronnen waar de temperatuur meer dan 0,5 C afwijkt van de natuurlijke grondwatertemperatuur. De berekende temperaturen in de zomer en winter na 20 jaar zijn weergegeven in figuur 5 en 6. Het thermische invloedsgebied reikt tot maximaal 75 m van de bronnen. Ter illustratie zijn in figuur 7 en 8 de gecombineerde thermische effecten van HAUT samen met de systemen Amstelkwartier, Flatiron en Waternet weergegeven. Hierbij is ervan uit gegaan dat de monobron van HAUT de filters in dezelfde bodemlagen heeft staan als de monobron van Amstelkwartier (worst-case). Omdat bij Amstelkwartier het koude filter bovenin staat is in de figuren in de zomersituatie de koude bel te zien van Amstelkwartier en in de wintersituatie de warme bel van Amstelkwartier. Te zien is dat de thermische effecten elkaar niet raken. Van thermische beïnvloeding is geen sprake 14
Conclusie Binnen het berekende hydrothermische invloedsgebied bevinden zich geen andere grondwatergebruikers of belanghebbenden. Van negatieve hydrothermische invloed is geen sprake. De nabijgelegen WKO-systemen Amstelkwartier, Flatiron en Waternet worden niet negatief beïnvloed. Figuur 5: hydrothermische effecten einde zomer na 20 jaar energieopslag warme bel. 15
Figuur 6: hydrothermische effecten einde winter na 20 jaar energieopslag koude bel. Figuur 7: gecombineerde hydrothermische effecten einde zomer na 20 jaar energieopslag ter hoogte van de warme bel. 16
Figuur 8: gecombineerde hydrothermische effecten einde winter na 20 jaar energieopslag ter hoogte van de koude bel 17
Bijlage 3: Zettingen De bodem bestaat voornamelijk uit zand. In de eerste scheidende laag en de deklaag is klei aanwezig. Er is een maximale eindzetting berekend van 2 mm in de kleilaag tussen de 30 en 60 m-mv. Door de dempende werking van de bovenliggende bodemlagen is van zetting aan maaiveld geen sprake (<<1 mm). Ter onderbouwing is in figuur 9 de zettingsberekening weergegeven. Hierbij is de eindzetting berekend op basis van Terzaghi (parameters conform NEN blad 6740). Voor de berekening zijn de maximaal berekende stijghoogteverlagingen per laag opgenomen (worst-case). [m-mv] [m] [m] [-] [-] [-] [mm] Materiaal diepte Dikte stijghoogte verandering tgv WKO [m] primaire zettingsconstrante secundaire zettingsconstante gecombineerde zettingsconstante zetting 0 Onverz.zone 2 0 - - - 0 2 Klei 18 70 4,0E+02 41 0 20 Zand 10 0 450 1,0E+99 450 0 30 Klei 30 200 4,0E+02 67 2 60 Zand 5 0,3 800 1,0E+99 800 0 65 Zand 15 1,3 800 1,9E+03 298 0 80 Zand 25 0 800 1,0E+99 800 0 105 Zand 15-1,3 800 1,0E+99 800 0 120 Zand 105 0 800 1,0E+99 800 0 225 Figuur 9: Zettingsberekening uitgevoerd op basis van Terzaghi Totale zetting [mm] 2 Metro en spoorlijn Ter plekke van de metrotunnel en de spoorlijn is de stijghoogteverandering van de WKO-systemen gezamenlijk in de watervoerende pakketten nihil (<0,05 m). Zetting ter hoogte van de metrotunnel en de spoorlijn is nihil (<<1 mm). Conclusie Er treedt geen maaiveldzetting op ten gevolge van de toepassing van het beoogde WKO-systeem. De theoretisch berekende totale maximale eindzetting bedraagt 2 mm. De theoretisch berekende totale maximale eindzetting ter hoogte van de metrotunnel en de spoorlijn is nihil (<1 mm). Van negatieve effecten ten gevolge van zetting op andere belangen (inclusief de metrotunnel) is geen sprake. 18